本發(fā)明涉及太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種N型晶體硅電池的制備方法及其電池、組件和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

太陽能電池是一種能將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的半導(dǎo)體器件。目前，業(yè)界的主流產(chǎn)品為P型晶硅太陽能電池。該電池工藝簡單，但是具有光致衰減效應(yīng)，即電池的效率會隨著時間的增加而逐漸衰減，這主要是由于摻入P型硅襯底中的硼原子與襯底中的氧原子相結(jié)合產(chǎn)生硼氧對的結(jié)果。研究表明，硼氧對起著載流子陷阱作用，使少數(shù)載流子壽命降低，從而導(dǎo)致了電池光電轉(zhuǎn)換效率的衰減。相對于P型晶硅電池，N型晶硅電池具有光致衰減小、耐金屬雜質(zhì)污染性能好、少數(shù)載流子擴(kuò)散長度長等優(yōu)點(diǎn)，并且由于N型晶體硅太陽能電池的正負(fù)電極都可以制作成常規(guī)的H型柵線電極結(jié)構(gòu)，因此該電池不僅正面可以吸收光，其背表面也能吸收反射和散射光從而產(chǎn)生額外的電力。

制備N型晶體硅電池中較為關(guān)鍵的步驟是形成正面的pn結(jié)以及背面的n+場。正面p+層的形成有硼擴(kuò)散、硼源旋涂或印刷等方法，背面n+層的形成有磷擴(kuò)散、磷源旋涂/印刷、磷離子注入等方法，結(jié)合p+層和n+層形成的先后順序，可衍生出多種工藝方案。

專利CN105047766A公開的方案為：在硼擴(kuò)散過程中，首先對硼擴(kuò)散面上形成的硼硅玻璃層進(jìn)行氧化處理，再在硼硅玻璃層上沉積形成氮化硅層；利用硼硅玻璃和氮化硅層作為磷擴(kuò)散的掩膜，用于防止兩次擴(kuò)散之間的相互摻雜。專利CN 102544236B公開的方案為：在完成單面B摻雜形成P+硼發(fā)射極層后，去除硼硅玻璃層，然后利用低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)的方法在硅片兩面沉積SiN_x膜，再在B擴(kuò)面的SiN_x上沉積SiO₂，利用磷酸去除未被SiO₂保護(hù)的SiN_x面，然后在此面上進(jìn)行磷擴(kuò)散。以上兩種方案中磷擴(kuò)散阻擋層的形成涉及鍍膜和清洗過程，工藝比較復(fù)雜，不利于提高生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本。

專利CN103337558A公開的方案為：利用離子注入工藝或擴(kuò)散工藝來形成P+層和N+層。離子注入技術(shù)可有效解決常規(guī)的氣態(tài)源或液態(tài)源擴(kuò)散易出現(xiàn)的繞擴(kuò)現(xiàn)象，從而不需要專門制備擴(kuò)散阻擋層。該方案的不足在于，離子注入機(jī)的價格較為昂貴，同時注入后一般都需要進(jìn)行清洗及退火，故而單面摻雜層的制備需要經(jīng)歷三道工序，設(shè)備投資和工藝成本都會相應(yīng)增加。

專利CN105355711A公開的方案為：正面進(jìn)行硼源旋轉(zhuǎn)涂覆，烘干，高溫?fù)诫s，正面形成B擴(kuò)散發(fā)射極層，同時在正面及背面形成氧化層；經(jīng)過酸溶液清洗機(jī)，去除背面氧化層；對基片進(jìn)行背面POCl₃擴(kuò)散。該方案的不足在于：1)需要增加旋涂和烘干設(shè)備；2)為滿足旋涂要求，硼源里必須添加一定的有機(jī)溶劑或表面活性劑，這些物質(zhì)在烘干后無法完全去除干凈，同時在旋涂操作中也不可避免地引入一些污染，這些都會對后續(xù)高溫?fù)诫s形成的PN結(jié)的質(zhì)量有影響；3)旋涂法形成的正面BSG層相對疏松，難以保證完全阻擋磷擴(kuò)散。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種N型晶體硅電池的制備方法及其電池、組件和系統(tǒng)。本發(fā)明提供的N型晶體硅電池的制備方法，利用硼擴(kuò)散形成的硼硅玻璃層作為磷擴(kuò)散的阻擋層，工藝簡單可控，設(shè)備投資低，得到的N型晶體硅電池具有較高的開路電壓和轉(zhuǎn)換效率，適合進(jìn)行規(guī)?；a(chǎn)。

本發(fā)明提供的一種N型晶體硅電池的制備方法，其技術(shù)方案是：

一種N型晶體硅電池的制備方法，包括以下步驟：

(1)、選擇N型晶體硅基體，并對N型晶體硅基體的正表面作制絨處理；

(2)、將步驟(1)處理后的N型晶體硅基體的制絨面進(jìn)行硼擴(kuò)散處理，擴(kuò)散溫度為900-1000℃，時間為60-240分鐘，擴(kuò)散過程中引入硼硅玻璃生長促進(jìn)劑以提高硼硅玻璃層的形成速度和厚度，擴(kuò)散完成后，在正表面形成p+摻雜區(qū)域和硼硅玻璃層；

(3)、將硼擴(kuò)散后的N型晶體硅基體進(jìn)行清洗處理，去除硼擴(kuò)散過程中在背表面形成的p+摻雜區(qū)域和氧化層；

(4)、將步驟(3)處理后的N型晶體硅基體進(jìn)行磷擴(kuò)散處理；

(5)、對步驟(4)處理后的N型晶體硅基體進(jìn)行邊緣隔離處理，從而實(shí)現(xiàn)正表面p+摻雜區(qū)域和背表面n+摻雜區(qū)域之間的電絕緣；

(6)、將步驟(5)處理后的N型晶體硅基體進(jìn)行清洗處理，去除正表面的硼硅玻璃層和背表面的磷硅玻璃層。

(7)、在步驟(6)處理后的N型晶體硅基體的正表面設(shè)置鈍化減反膜，在背表面設(shè)置鈍化膜；

(8)、在步驟(7)處理后的N型晶體硅基體的背表面和正表面分別印刷金屬漿料形成電極；

(9)、將步驟(8)處理后的N型晶體硅基體進(jìn)行燒結(jié)處理，得到N型晶體硅電池。

其中，步驟(2)中，硼硅玻璃生長促進(jìn)劑是水蒸氣，硼硅玻璃層的厚度大于50nm。

其中，水蒸氣通過氮?dú)饣蛘哐鯕夤呐莸姆绞綌y帶進(jìn)入擴(kuò)散裝置，或者通過氮?dú)饣蜓鯕庵苯訑y帶飽和水蒸氣的方式進(jìn)入擴(kuò)散裝置。

其中，攜帶水蒸氣的氮?dú)饣蛘哐鯕獾牧髁繛?00-5000sccm。

其中，硼擴(kuò)散處理的硼源采用三溴化硼，擴(kuò)散溫度為940-1000℃，時間為150-240分鐘，硼擴(kuò)散后的方阻值為40-100Ω/sqr。

其中，步驟(4)中，磷擴(kuò)散處理的磷源采用三氯氧磷，擴(kuò)散溫度為750-900℃，時間為60-180分鐘，磷擴(kuò)散后的方阻值為40-100Ω/sqr。

其中，步驟(5)中，進(jìn)行邊緣隔離處理的方法是等離子刻蝕法或激光法；

步驟(7)中，N型晶體硅基體的正表面的鈍化減反膜是SiO₂、SiN_x和Al₂O₃介質(zhì)膜中一種或多種，背表面的鈍化膜是SiO₂和SiN_x介質(zhì)膜組成的復(fù)合介質(zhì)膜；正表面鈍化減反膜的厚度為70～110nm；背表面鈍化膜的厚度為大于或等于20nm；

步驟(8)中，N型晶體硅基體的背表面印刷的是銀漿，印刷的電極圖案為H型柵線，其中背面主柵線寬0.5-3mm，等間距設(shè)置3-6根，背面副柵線寬40-100um；N型晶體硅基體的正表面印刷的是摻鋁銀漿；其中正面主柵線寬0.5-3mm，正面副柵線寬40-100um；

步驟(9)中，燒結(jié)的峰值溫度為不高于900℃。

上述的制備方法得到的一種N型晶體硅電池，包括N型晶體硅基體，N型晶體硅基體的正表面包括依次從內(nèi)到外的p+摻雜區(qū)域和正表面鈍化減反膜；N型晶體硅基體的背表面包括依次從內(nèi)到外的n+摻雜區(qū)域和背表面鈍化膜；N型晶體硅基體還包括設(shè)置在正表面的正面電極和設(shè)置在背表面的背面電極，正面電極包括正面主柵和正面副柵，背面電極包括背面主柵和背面副柵。

本發(fā)明還提供了一種N型晶體硅電池組件，包括由上至下依次設(shè)置的前層材料、封裝材料、N型晶體硅電池、封裝材料、背層材料，N型晶體硅電池是上述的一種N型晶體硅電池。

本發(fā)明還提供了一種N型晶體硅電池系統(tǒng)，包括一個以上串聯(lián)的N型晶體硅電池組件，N型晶體硅電池組件是上述的一種N型晶體硅電池組件。

本發(fā)明的實(shí)施包括以下技術(shù)效果：

1)本發(fā)明的N型晶體硅電池的制備方法，制備N型晶體硅電池過程中，正面摻雜和背面摻雜均使用擴(kuò)散的方法，本發(fā)明通過調(diào)整硼擴(kuò)散的工藝參數(shù)以及在擴(kuò)散過程中加入水蒸氣，既提高了硼硅玻璃層的形成速度和厚度，又使得硼擴(kuò)散形成的硼硅玻璃層非常致密且厚度較大，具備阻擋磷擴(kuò)散的能力，在進(jìn)行磷擴(kuò)散的時候，有效地保護(hù)了下方的p+摻雜區(qū)域，故而正表面的p+摻雜區(qū)域不會受到磷摻雜的影響。從而開發(fā)出簡單的N型晶體硅電池制作工藝，包括制絨、正表面硼擴(kuò)散及形成硼硅玻璃層、背表面刻蝕、背表面磷擴(kuò)散、邊緣隔離、清洗、鍍膜、印刷及燒結(jié)。

2)工藝過程簡單可控，不使用昂貴的離子注入機(jī)等設(shè)備，設(shè)備投資低。

3)通過擴(kuò)散方法形成的pn結(jié)相對硼源旋涂或絲印法污染更少、質(zhì)量更好。

4)由于硼在二氧化硅中的擴(kuò)散系數(shù)高于硅，所以厚的硼硅玻璃層有利于降低p+摻雜區(qū)域的表面硼濃度從而減少表面復(fù)合提高開路電壓。按照本發(fā)明方法制備的N型晶體硅電池具有較高的開路電壓和光電轉(zhuǎn)換效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的一種N型晶體硅電池的制備方法步驟一后的電池結(jié)構(gòu)截面示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的一種N型晶體硅電池的制備方法步驟二后的電池結(jié)構(gòu)截面示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的一種N型晶體硅電池的制備方法步驟三后的電池結(jié)構(gòu)截面示意圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例的一種N型晶體硅電池的制備方法步驟四后的電池結(jié)構(gòu)截面示意圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例的一種N型晶體硅電池的制備方法步驟五后的電池結(jié)構(gòu)截面示意圖。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例的一種N型晶體硅電池的制備方法步驟六后的電池結(jié)構(gòu)截面示意圖。

圖7為本發(fā)明實(shí)施例的一種N型晶體硅電池的制備方法步驟七后的電池結(jié)構(gòu)截面示意圖。

圖8為本發(fā)明實(shí)施例的一種N型晶體硅電池的制備方法步驟八后的電池結(jié)構(gòu)截面示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合實(shí)施例以及附圖對本發(fā)明加以詳細(xì)說明，需要指出的是，所描述的實(shí)施例僅旨在便于對本發(fā)明的理解，而對其不起任何限定作用。

參見圖1至圖7所示，本實(shí)施例提供的一種N型晶體硅電池的制備方法，包括以下步驟：

(1)、選擇156.75mm×156.75mm的N型晶體硅基體10，并對N型晶體硅基體10的正表面作制絨處理；N型晶體硅基體10的電阻率為0.2～15Ω·cm，優(yōu)選0.5～5Ω·cm；N型晶體硅基體10的厚度為50～300μm，優(yōu)選80～200μm；完成本步驟后的電池結(jié)構(gòu)如圖1所示。

(2)、將步驟(1)處理后的N型晶體硅基體10放入工業(yè)用擴(kuò)散爐中對制絨面進(jìn)行硼擴(kuò)散。硼源采用三溴化硼，擴(kuò)散溫度為900-1000℃，時間為60-240分鐘，優(yōu)選擴(kuò)散溫度為940-1000℃，時間為150-240分鐘，優(yōu)選擴(kuò)散溫度為940-1000℃，時間為180-240分鐘，通過增加擴(kuò)散溫度和擴(kuò)散時間，提高了硼硅玻璃層的形成速度和厚度。硼擴(kuò)散后的方阻值為40-100Ω/sqr，優(yōu)選60-80Ω/sqr。擴(kuò)散完成后，在正表面形成p+摻雜區(qū)域12及硼硅玻璃層13，同時不可避免地在背表面形成一部分p+摻雜區(qū)域14及氧化層15。經(jīng)過大量試驗(yàn)驗(yàn)證，硼硅玻璃層13的厚度大于50nm時，硼硅玻璃層具備阻擋磷擴(kuò)散的能力。特別的是，在增加擴(kuò)散溫度和擴(kuò)散時間的基礎(chǔ)上，引入硼硅玻璃生長促進(jìn)劑以提高硼硅玻璃層的形成速度和厚度，本實(shí)施例的硼硅玻璃生長促進(jìn)劑優(yōu)選水蒸氣，水蒸氣可通過氮?dú)饣蛘哐鯕夤呐莸姆绞綌y帶進(jìn)爐管，也可通過氮?dú)饣蜓鯕庵苯訑y帶飽和水蒸氣的方式進(jìn)入爐管，攜帶水蒸氣的氮?dú)饣蛘哐鯕獾牧髁繛?00-5000sccm。水蒸氣可以在同等的工藝條件下顯著提高硼硅玻璃層的生長速度(硼硅玻璃即為含有硼的二氧化硅)。水蒸氣與硅的反應(yīng)方程式為：Si+H₂O→SiO₂+H₂，氧氣與硅的反應(yīng)方程式為：Si+O₂＝SiO₂。正常氧化過程中，氧氣與硅表面反應(yīng)生成二氧化硅，后續(xù)的氧氣需要穿過二氧化硅層才能繼續(xù)與硅反應(yīng)，而水蒸氣在二氧化硅中的擴(kuò)散速度和溶解度比氧氣大，故而有水蒸氣存在時硼擴(kuò)玻璃層的形成速度和厚度均較氧氣有明顯提升。

本步驟中，通過水蒸氣參與形成的硼硅玻璃層13，非常致密且厚度較大，使得硼擴(kuò)散形成的硼硅玻璃層具備阻擋磷擴(kuò)散的能力，在進(jìn)行磷擴(kuò)散的時候，有效地保護(hù)了下方的p+摻雜區(qū)域12，故而正表面的p+摻雜區(qū)域12不會受到磷摻雜的影響；同時由于磷摻雜溫度低于硼摻雜溫度，p+摻雜區(qū)域12的摻雜曲線也不會受磷擴(kuò)散影響，完成本步驟后的電池結(jié)構(gòu)如圖2所示?；诒静襟E中形成的硼硅玻璃層，后續(xù)的磷擴(kuò)散過程中，無需再沉積掩膜，簡化了步驟，且工藝過程簡單可控，不需使用昂貴的離子注入機(jī)等設(shè)備，設(shè)備投資低；通過擴(kuò)散方法形成的pn結(jié)相對硼源旋涂或絲印法污染更少、質(zhì)量更好，由于硼在二氧化硅中的擴(kuò)散系數(shù)高于硅，所以厚的硼硅玻璃層有利于降低p+摻雜區(qū)域的表面硼濃度從而減少表面復(fù)合提高開路電壓。使得制備得到的N型晶體硅電池具有較高的開路電壓和光電轉(zhuǎn)換效率。

(3)、將硼擴(kuò)散后的N型晶體硅基體10放入濕法刻蝕清洗機(jī)中，去除背表面的p+摻雜區(qū)域14及氧化層15，同時保證正表面的p+摻雜區(qū)域12及硼硅玻璃層13不受破壞。完成本步驟后的電池結(jié)構(gòu)如圖3所示。

(4)、將步驟(3)處理后的N型晶體硅基體10放入擴(kuò)散爐中進(jìn)行磷擴(kuò)散，磷源采用三氯氧磷，擴(kuò)散溫度為750-900℃，時間為60-180分鐘。磷擴(kuò)散后的方阻值為40-100Ω/sqr，優(yōu)選50-80Ω/sqr。擴(kuò)散完成后，在背表面形成n+摻雜區(qū)域16及磷硅玻璃層17。完成本步驟后的電池結(jié)構(gòu)如圖4所示。

(5)、對步驟(4)后的N型晶體硅基體10進(jìn)行邊緣隔離處理，可選用等離子刻蝕法或激光法進(jìn)行邊緣隔離，從而實(shí)現(xiàn)正面和背面擴(kuò)散層之間的電絕緣。完成本步驟后的電池結(jié)構(gòu)如圖5所示。

(6)、將步驟(5)處理后的N型晶體硅基體10放入清洗機(jī)中，去除正表面的硼硅玻璃層13及背表面的磷硅玻璃層17，并對硅片表面進(jìn)行清洗和烘干。完成本步驟后的電池結(jié)構(gòu)如圖6所示。

(7)、在步驟(6)處理后的N型晶體硅基體10的正表面設(shè)置鈍化減反膜14并在背表面設(shè)置鈍化膜18，其中正表面的鈍化減反膜14是SiO₂、SiN_x和Al₂O₃介質(zhì)膜中一種或多種，背表面的鈍化膜18是SiO₂和SiN_x介質(zhì)膜組成的復(fù)合介質(zhì)膜。正表面鈍化減反膜14的厚度為70～110nm；背表面鈍化膜18的厚度為不低于20nm。完成本步驟后的電池結(jié)構(gòu)如圖7所示。

(8)、在N型晶體硅基體10的背表面使用銀漿印刷電極并進(jìn)行烘干，其電極圖案為H型柵線，其中背面主柵22線寬0.5-3mm，長155mm，等間距設(shè)置3-6根，背面副柵26線寬40-100um，長155mm，互相平行，間距為1.55mm，共設(shè)置100根。在N型晶體硅基體10的正表面使用摻鋁銀漿印刷正面主柵20和正面副柵24并進(jìn)行烘干。其中正面主柵20線寬0.5-3mm，長155mm，等間距設(shè)置3-6根。正面副柵24線寬40-100um，長155mm，互相平行，間距為1.95mm，共設(shè)置80根。完成本步驟后的電池結(jié)構(gòu)如圖8所示。

(9)、將步驟(8)處理后的N型晶體硅基體10傳送入帶式燒結(jié)爐進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)峰值溫度為不高于900℃，即完成N型晶體硅電池的制作。

本實(shí)施例還提供了根據(jù)上述方法制備得到的一種N型晶體硅電池，包括N型晶體硅基體10，N型晶體硅基體10的正表面包括依次從內(nèi)到外的p+摻雜區(qū)域12和正表面鈍化減反膜14；N型晶體硅基體10的背表面包括依次從內(nèi)到外的n+摻雜區(qū)域16和背表面鈍化膜18；N型晶體硅基體10還包括設(shè)置在正表面的正面電極和設(shè)置在背表面的背面電極，正面電極包括正面主柵20和正面副柵24，背面電極包括背面主柵22和背面副柵26。

本實(shí)施例還提供了一種N型晶體硅電池組件，包括由上至下連接的前層材料、封裝材料、N型晶體硅電池、封裝材料、背層材料，N型晶體硅電池是上述的一種N型晶體硅電池。本實(shí)施例的N型晶體硅電池組件的結(jié)構(gòu)及工作原理使用本領(lǐng)域公知的技術(shù)，且本發(fā)明提供的N型晶體硅電池組件的改進(jìn)僅涉及上述的N型晶體硅電池，不對其他部分進(jìn)行改動。故本說明書僅對N型晶體硅電池及其制備方法進(jìn)行詳述，對N型晶體硅電池組件的其他部件及工作原理這里不再贅述。本領(lǐng)域技術(shù)人員在本說明書描述的內(nèi)容基礎(chǔ)上，即可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的N型晶體硅電池組件的制作。

本發(fā)明還提供了一種N型晶體硅電池系統(tǒng)，包括一個以上串聯(lián)的N型晶體硅電池組件，N型晶體硅電池組件是上述的一種N型晶體硅電池組件。本實(shí)施例的N型晶體硅電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理使用本領(lǐng)域公知的技術(shù)，且本發(fā)明提供的N型晶體硅電池系統(tǒng)的改進(jìn)僅涉及上述的N型晶體硅電池，不對其他部分進(jìn)行改動。故本說明書僅對N型晶體硅電池及其制備方法進(jìn)行詳述，對N型晶體硅電池系統(tǒng)的其他部件及工作原理這里不再贅述。本領(lǐng)域技術(shù)人員在本說明書描述的內(nèi)容基礎(chǔ)上，即可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的N型晶體硅電池系統(tǒng)的制作。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明作了詳細(xì)地說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)和范圍。